向高手学习：glib如何来封装跨平台的线程库

• 一、前言

• 二、glib 简介

• 三、线程库的设计

• 四、总结

一、前言

这篇文章，按照下面这 2 张图，来描述 glib 在 Linux 和 Windows 平台上，是如何来进行线程库的设计的。

Linux 平台：

Windows 平台：

最近写了几篇关于跨平台的应用程序设计思路，有些小伙伴在后台留言询问关于一些通用的跨平台库，看来这方面的需求还是很多的。

所谓的跨平台，无非就是希望用同一份应用程序的代码，可以编译出在多个平台上运行的可执行程序。

那么如何才能做到应用程序代码的平台无关呢？很明显需要中间的一个桥接层，把自己不想处理的、那些与平台相关的、烦人的代码丢给这个中间层去处理。

简单的说：就是那些需要处理与平台相关的脏活、累活，都由这个中间层帮你做好了，我们在写应用程序时，只需要关心自己的业务层事务就可以了。

如果没有这个中间层的话，你的代码中可能会充斥着大量的#if...#else代码。

而 glib 就是这样的一个中间层跨平台库，它提供了很多常用的封装，线程库只是其中的封装之一，这篇文章我们主要来学习一下 glib 是如何来设计跨平台的线程库。

二、glib 简介

第一眼看上去的时候，很容易把 glib 与 glibc 混淆，它俩都是基于 GPL 的开源软件，但是却属于完全不同的概念。

glibc是GNU实现的一套标准C的函数库，而glib是gtk 的一套函数库。

那么 gtk 是什么呢？使用 Linux 的小伙伴一定知道 gnome 这个桌面环境，gnome 就是基于 gtk 开发的一套桌面系统，而 glib 就是位于 gtk 后面的那位无名英雄。

glib可以在多个平台下使用，比如Linux、Unix、Windows等。glib为许多标准的、常用的 C 语言结构提供了相应的替代物。

作为一名 C 语言开发者，有时候我们会非常的羡慕 C 开发者，标准库(SDL)有辣么多的工具可用：链表、向量、字符串处理。。。

可是 C 语言里呢？哪哪都要自己去实现这些轮子。

不过反过来说，如果我们在日常的开发过程中，把自己编写的、从别处借鉴的那些好用的轮子都积累起来，形成自己的“宝库”，这也是一种经验的体现、也是一种竞争力。

如今，在 github 上也有很多雷锋实现了高质量的 C 库：有专注于跨平台的、有专注于某个领域的(比如：网络处理、格式化文本解析)。

glib 在解决跨平台的同时，也提供了其他很多有用的工具箱，例如：事件循环、线程池、同步队列、内存管理等等。

既然它提供的功能多，那么必然会导致体积比较大。这也是很多开发者面对不同的选择时，放弃 glib 的原因。

不管如何，既然 glib 这么厉害，我们可以来学习它的设计思想，这可是比盲目的敲几千行代码更能提升一个人的元技能！

三、线程库的设计

1. 线程相关的文件

在 Linux 系统中，创建线程一般都是通过 POSIX 接口(可移植操作系统接口)，例如：创建线程 API 函数是 pthread_create(...)。

在 Windows 系统中，创建线程有好几种方式：

1. CreateThread()

2. _beginthread()

既然 glib 库时专门用来解决跨平台问题的，那么它向上面对应用层程序时，一定是提供一个统一的接口；而向下面对不同的操作系统时，调用不同系统中的线程函数。

glib 把这些线程相关的操作分别封装在了平台相关的代码中，具体来说如下图：

1. Linux 系统：gthread.c, gthread_posix.c 参与编译，生成 glib 库;

2. Windows 系统：gthread.c, gthread_win32.c 参与编译，生成 glib 库;

关于这种跨平台的文件构建方式(也就是编译啦)，建议您看一下这篇小短文：跨平台代码的3种组织方式

2. 数据结构

你一定听说过这个公式：程序 = 数据结构 算法，对于一个 C 语言项目，明白了数据结构的设计，对于理解整个程序的思路是非常重要的，在 glib 中也是如此。

glib 在设计线程库的时候，分成 2 个层次：平台无关部分，平台相关部分。

平台无关的数据结构有(一些不影响理解的代码就删掉了)：

struct _GThread
{
GThreadFunc func;
gpointer data;
gboolean joinable;
};

typedef struct _GThread GThread;
struct _GRealThread
{
GThread thread;

gint ref_count;
gchar *name;
};

typedef struct _GRealThread GRealThread;
平台相关的数据结构有:

Linux 系统：

typedef struct
{
GRealThread thread;

pthread_t system_thread;
gboolean joined;
GMutex lock;

void *(*proxy) (void *);
const GThreadSchedulerSettings *scheduler_settings;
} GThreadPosix;
Windows 系统：

typedef struct
{
GRealThread thread;

GThreadFunc proxy;
HANDLE handle;
} GThreadWin32;
仔细看一下每个结构体的第一个成员变量，是不是发现点什么？

从层次关系上看，这几个结构体的关系为：

Linux 平台:

Windows 平台：

结构体在内存模型中意味着什么？占据一块内存空间。

而这几个数据结构都把"子"结构体，放在"父"结构体的第一个位置，就可以方便的进行强制类型转换。

在以上内存模型中，GRealThread 结构体的第一部分是 GThread，那么就完全可以把 GRealThread 所处内存的开始部分，当做一个 GThread 结构体变量来操作。

用 C 中面向对象的术语来描述更准确：基类指针可以指向派生类对象。

在下面的代码中，可以看到这样的操作。

3. 线程的创建

(1) 函数原型

平台无关函数(gthread.c 中实现)

GThread *g_thread_new (const gchar *name,
GThreadFunc func,
gpointer data);
GThread *
g_thread_new_internal (const gchar *name,
GThreadFunc proxy,
GThreadFunc func,
gpointer data,
gsize stack_size,
const GThreadSchedulerSettings *scheduler_settings,
GError **error);
平台相关函数(gthread_posix.c or ghread_win32.c 中实现)

GRealThread *
g_system_thread_new (GThreadFunc proxy,
gulong stack_size,
const GThreadSchedulerSettings *scheduler_settings,
const char *name,
GThreadFunc func,
gpointer data,
GError **error);
(2) Linux 平台函数调用链

先来看一下 Linux 平台上的函数调用关系：

如果你的手边有源代码，请关注 g_thread_new() 这个函数中的 func 和 data 这2个参数。

func 是最开始用户层传入的线程执行函数，也就是用户创建这个线程，最终想执行的函数。data 是 func 函数所接收的函数参数。

如果直接面对 Linux 操作系统编程，在调用 POSIX 接口函数 pthread_create() 时，一般是直接传入用户想要执行的函数以及参数。

但是 glib 层并没有直接把用户层的函数直接交给 Linux 操作系统，而是自己提供了 2 个线程代理函数，在调用 pthread_create() 时，根据不同的情况，把这2个代理函数之一传递给操作系统：

第一个线程代理函数：g_thread_proxy();

第二个线程代理函数：linux_pthread_proxy();

至于传递哪一个代理函数，取决于宏定义 HAVE_SYS_SCHED_GETATTR 是否有效。

下面是 g_system_thread_new() 函数简化后的代码：

g_system_thread_new (proxy, stack_size, scheduler_settings,
name, func, data, error);
GThreadPosix *thread;
GRealThread *base_thread;

// 填充 base_thread 字段，重点关注下面2句
base_thread->thread.func = func;
base_thread->thread.data = data;

thread->scheduler_settings = scheduler_settings;
thread->proxy = proxy;

#if defined(HAVE_SYS_SCHED_GETATTR)
ret = pthread_create (